超級(jí)電容器,也叫電化學(xué)電容器,是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型儲(chǔ)能元件，1957 年, 美國(guó)的Becker首先提出了可以將電容器用作儲(chǔ)能元件, 具有接近于電池的能量密度的超級(jí)電容概念。1962年標(biāo)準(zhǔn)石油公司(SOHIO)生產(chǎn)了一種工作電壓為6V、以碳材料作為電極的電容器。該技術(shù)被轉(zhuǎn)讓給NEC電氣公司,該公司從1979 年開(kāi)始生產(chǎn)超級(jí)電容器, 1983 年率先推向市場(chǎng)。20世紀(jì)80年代以來(lái),利用金屬氧化物或氮化物作為電極活性物質(zhì)的超級(jí)電容器 ,因其具有雙電層電容 所不具有的若干優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已引起廣大科研工作者極大興趣。

一.超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理

超級(jí)電容器按儲(chǔ)能原理可分為雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器。

1.雙電層電容器的基本原理

雙電層電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來(lái)存儲(chǔ)能量的一種新型電子元件，當(dāng)電極和電解液接觸時(shí),由于庫(kù)侖力、分子間力或者原子間力的作用, 使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號(hào)相反的兩層電荷, 稱為界面雙電層。這種電容器的儲(chǔ)能是通過(guò)使電解質(zhì)溶液進(jìn)行電化學(xué)極化來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 并沒(méi)有產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng), 這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的。

2法拉第準(zhǔn)電容器的基本原理

繼雙電層電容器后,又發(fā)展了法拉第準(zhǔn)電容,簡(jiǎn)稱準(zhǔn)電容。該電容是在電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上, 電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積,發(fā)生高度的化學(xué)吸脫附或氧化還原反應(yīng) ,產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。對(duì)于法拉第準(zhǔn)電容, 其儲(chǔ)存電荷的過(guò)程不僅包括雙電層上的存儲(chǔ), 而且包括電解液中離子在電極活性物質(zhì)中由于氧化還原反應(yīng)而將電荷儲(chǔ)存于電極中。

二.超級(jí)電容器的特性

超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)物理電容器和電池之間的一種較佳的儲(chǔ)能元件 ,其巨大的優(yōu)越性表現(xiàn) 為:

①功率密度高。超級(jí)電容器的內(nèi)阻很小 ,而且在電極/溶液界面和電極材料本體內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)電荷的快速儲(chǔ)存和釋放。

②充放電循環(huán)壽命長(zhǎng) 。超級(jí)電容器在充放電過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng), 其循環(huán)壽命可達(dá)萬(wàn)次以上。

③充電時(shí)間短。完全充電只需數(shù)分鐘。

④實(shí)現(xiàn)高比功率和高比能量輸出。

⑤儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)。

⑥可靠性高。超級(jí)電容器工作中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件, 維護(hù)工作極少。

⑦環(huán)境溫度對(duì)正常使用影響不大 。超級(jí)電容器正常工作溫度范圍在 -35 ～ 75 ℃。

⑧可以任意并聯(lián)使用 ,增加電容量;若采取均壓后, 還可串聯(lián)使用, 提高電壓等級(jí)